Differenzverstärker Ausgangsspannung nicht wie errechnet

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Autor
Differenzverstärker Ausgangsspannung nicht wie errechnet
Suche nach: differenzverstärker (245) ausgangsspannung (3878)

    







BID = 805793

Flapsch

Gerade angekommen


Beiträge: 8
Wohnort: Worfelle
 

  


Hallo zusammen,

ich möchte mir mithilfe des MPX4115 Drucksensors ein Barometer bauen. Der MPX4115 kann Drücke zwischen 150 und 1150 hPa erfassen. Der Sensor gibt je nach Druck eine proportionale Spannung ab. Da mich nur der Bereich zwischen 930 und 1050 hPa interessiert, bewegt sich die Spannung am Ausgang des Sensors zwischen 3,71V und 4,25V. Die Spannungsdifferenz beträgt also 4,25V - 3,71V = 0,54V. Damit ich eine bessere Auflösung bekomme, habe ich mir eine Differenzverstärkerschaltung aufgebaut (siehe Schaltung) die einene TS912 (Rail to Rail) OPamp enthält. Da mich ja der Bereich erst ab 3,71V interessiert habe ich mit dem TL431 eine Spannungsreferenz aufgebaut und an den Eingang des OP's gehängt. Die Widerstände habe ich so bestimmt, dass ich eine Verstärkung von 10 (100k/10k) erhalte. Die Referenzspannung ist ok und ich gehe auch davon aus dass die Widerstände die richtigen Werte haben. Am Drucksensor messe ich 4,11V. Das müsste am Ausgang eine Spannung von 4,11V - 3,71V = 0,4V * 10 = 4V ergeben. Tatsächlich messe ich am Ausgang 2,95V. Kann mir jemand helfen wo mein Fehler ist.

Vielen, vielen Dank schon mal

BID = 805802

Offroad GTI

Urgestein



Beiträge: 12742
Wohnort: Cottbus

 

  


Zitat :
Die Referenzspannung ist ok
Bist du dir sicher?
Du hast den 10k Widerstand nämlich kurzgeschlossen.


Zitat :
. Das müsste am Ausgang eine Spannung von 4,11V - 3,71V = 0,4V * 10 = 4V ergeben.
Nein, müsste es nicht.
Die Übertragungsfunktion deiner Schaltung lautet: Uaus=10Uein-37,1

Das ergibt also:
Uaus(4,2V)=3,9V
und
Uaus(3,7V)=-0,1V


Zitat :
Kann mir jemand helfen wo mein Fehler ist.
Die Beschaltung des OPV ist der Fehler



_________________
Theoretisch gibt es zwischen Theorie und Praxis keinen Unterschied. Praktisch gibt es ihn aber.

BID = 805808

perl

Ehrenmitglied



Beiträge: 11110,1
Wohnort: Rheinbach


Zitat :
Die Beschaltung des OPV ist der Fehler
Insbesondere ist die Verwendung der festen Referenzspannung Unsinn.
Dann schlagen nämlich alle Ungenauigkeiten der Speisespannung um den Faktor 10 oder was auch immer verstärkt auf die Ausgangsspannung durch.
Nimm einen gewöhnlichen Spannungsteiler, das geht besser!

BID = 805817

Offroad GTI

Urgestein



Beiträge: 12742
Wohnort: Cottbus

Ich hätte da einen Schaltungsvorschlag.

Die Übertragungsfunktion ist jetzt folgende: UAus=6(USensor-URef)=6USensor-21




_________________
Theoretisch gibt es zwischen Theorie und Praxis keinen Unterschied. Praktisch gibt es ihn aber.

BID = 805818

Flapsch

Gerade angekommen


Beiträge: 8
Wohnort: Worfelle

Danke Offroad GTI und perl für die schnellen Antworten. Ich hab leider kein gescheites Programm zum Schaltplan zeichnen. Hab das mit Electronic Workbench gemacht und da war der TL431 nicht dabei. Deshalb sieht das so aus als wäre der Widerstand kurz geschlossen. In Wirklichkeit geht der Draht an einen Anschluss des TL431.


Zitat :

Die Übertragungsfunktion deiner Schaltung lautet: Uaus=10Uein-37,1

ok das ist ja das was ich geschreiben habe:

10* 4.11V - 37,1 = 41,1V - 37,1V = 4V

aber ich messe nur knapp 3V.


Zitat :

Insbesondere ist die Verwendung der festen Referenzspannung Unsinn.
Dann schlagen nämlich alle Ungenauigkeiten der Speisespannung um den Faktor 10 oder was auch immer verstärkt auf die Ausgangsspannung durch.
Nimm einen gewöhnlichen Spannungsteiler, das geht besser!


ja, das kann ich dann nochmal ausprobieren, aber laut meinem Messgerät hatte ich 3,71V am Eingang. Ich hatte den einen Widerstand am TL431 nämlich schon mal durch einen Trimmer ersetzt damit ich da die Spannung genau einstellen kann. So jetzt hau ich mich erstmal in die Falle. Morgen dann mehr mit Spannungsteiler ;-).

Gruß
Roger

BID = 805827

IC-Killer

Schriftsteller



Beiträge: 635
Wohnort: Stuttgart

Ich meine, daß der Differenzverstärker schon richtig mit Vdiff = 10 funktioniert und seine Berechnung stimmt. Der Fehler liegt nämlich an der Beschaltung des TL431 (Ich gehe mal davon aus, daß er nur mehr als unglücklich eingezeichnet wurde und R1(10k) und R2(5k8) an den Pin2 (Ref) des TL gehen).
Der hat eine Referenz von 2,5V auf die geregelt wird.
Daraus ergibt sich momentan:
Ua(Kathode)=Uref*(1+R2/R1)=2,5V*(1+10k/5,8k)=6,81V (theoretisch, da nur 5V vorhanden)
Für das leichtere nachrechnen bzw. nachvollziehen nehme ich mal 2k5 als R2 an. Dann hätte ich einen Strom IR12 von 1mA durch R1 (und natürlich R2).
-> UR1=Uges-Uref)=3,71V-2,5V=1,21V; R1=UR1/IR12=1,21V/1mA=1,21kOhm
Und damit kann man sich quasi einen "Nullpunkt" einstellen für den Arbeitsbereich (Druck) in dem die Schaltung betrieben wird.


Gruß und frohe Weihnachten

IC-Killer

P.S.: Das obige hab ich jetzt schon geschrieben und lese erst jetzt, daß die Vref mit 3,71V stimmt (oder zumindest einmal stimmte). Hab ich jetzt einen Denkfehler drin ?? . Für ein Feedback (egal ob neg. oder pos.) wäre ich dankbar

BID = 805840

Offroad GTI

Urgestein



Beiträge: 12742
Wohnort: Cottbus


Zitat :
Für das leichtere nachrechnen bzw. nachvollziehen nehme ich mal 2k5 als R2 an. Dann hätte ich einen Strom IR12 von 1mA durch R1 (und natürlich R2).
-> UR1=Uges-Uref)=3,71V-2,5V=1,21V; R1=UR1/IR12=1,21V/1mA=1,21kOhm
In welcher Schaltung bist du denn jetzt

BID = 805844

IC-Killer

Schriftsteller



Beiträge: 635
Wohnort: Stuttgart

Bei der Beschaltung vom TL431 wobei R1 und R2 der obere und untere Widerstand an Vref (Pin2) des TL sind.

[ Diese Nachricht wurde geändert von: IC-Killer am 24 Dez 2011  0:59 ]

BID = 805847

Offroad GTI

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Beiträge: 12742
Wohnort: Cottbus


Zitat :
R1 und R2 der obere und untere Widerstand an Vref (Pin2) des TL sind.
Gut zu wissen, im Schaltplan standen ja keine Bezeichnungen.

BID = 805848

IC-Killer

Schriftsteller



Beiträge: 635
Wohnort: Stuttgart


Offtopic :
Ich hatte gerade ein Taufbecken da und dachte mir, rein mit den Widerlingen, dammit sie mal einen Namen bekommen



Zitat :
Für ein Feedback (egal ob neg. oder pos.) wäre ich dankbar


Damit meinte ich eigentlich nicht unbedingt nur Sarkasmus.

Killer

BID = 805857

Offroad GTI

Urgestein



Beiträge: 12742
Wohnort: Cottbus


Zitat :
Damit meinte ich eigentlich nicht unbedingt nur Sarkasmus.
Also gut.

Damit
Zitat :
Ua(Kathode)=Uref*(1+R2/R1)=2,5V*(1+10k/5,8k)=6,81V (theoretisch, da nur 5V vorhanden)
hast du nur bedingt Recht.

In der Gleichung hast du einen Schreibfehler (R2 und R1 vertauscht). Richtig gerechnet hast du aber wieder.

Um auf 3,7V zu kommen, müsste dann anstatt des 5k8 ein 20k66 eingebaut werden.




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Theoretisch gibt es zwischen Theorie und Praxis keinen Unterschied. Praktisch gibt es ihn aber.

BID = 806009

Flapsch

Gerade angekommen


Beiträge: 8
Wohnort: Worfelle

Vielen Dank für Eure Antworten trotz Weihnachten

Ich hab's jetzt mit Spannungsteiler hinbekommen . Trotzdem möchte ich die Berechnung der Referenzspannung auch noch verstehen und vielleicht dann auch einbauen. Oder ist der Spannungsteiler genauer?! Ich bin noch am Anfang meiner Bastellaufbahn und für jeden Tipp dankbar.

Also, ich hab die Formel Vo= (1+R1/R2)*Vref nach R1 umgestellt und daraus den Wert

R1=(Vo/Vref-1)*R2 = (3,71V/2,5V-1)* 10k = 4840 Ohm

errechnet. Eingesetzt hab ich dann den 5k7 weil ich den grad da hatte und zum Testen ob die OP Schaltung funktioniert muß der Wert ja noch nicht genau stimmen.

So jetzt bau ich mal den uC dran und gugg mir mal die Werte auf dem Display an. Mal guggen wo ich dann noch drehen muß um realistiche Werte angezeigt zu bekommen. Kann sein dass ich dann nochmal nerve ...

Dann wünsch ich allen Frohe Weihnachten

BID = 806018

IC-Killer

Schriftsteller



Beiträge: 635
Wohnort: Stuttgart

Mir scheint, daß (auch) Du R1 und R2 vertauscht hast. R1 ist der "obere" Widerstand (Kathode -> Ref), R2 der "untere" (Ref -> Anode;2,5V).

Dann stimmt Deine Rechnung

Gruß Killer

BID = 806036

Offroad GTI

Urgestein



Beiträge: 12742
Wohnort: Cottbus


Zitat :
Also, ich hab die Formel Vo= (1+R1/R2)*Vref nach R1 umgestellt und daraus den Wert

R1=(Vo/Vref-1)*R2 = (3,71V/2,5V-1)* 10k = 4840 Ohm
So ist es.


Zitat :
Ich bin noch am Anfang meiner Bastellaufbahn und für jeden Tipp dankbar.
Mein Tipp wäre: Besorge dir so ein Widerstandssortiment. Die kann man beim Basteln immer gebrauchen.
Dann könntest du bspw. obigen 4k84 Widerstand durch eine Reihenschaltung aus 4k7 und 150R ersetzen.






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